用于等離子切割炬的多部件電極及包括該電極的切割炬的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 符合本發(fā)明的設備、系統(tǒng)和方法設及切割,更具體地,設及與等離子弧切割炬及其 部件(包括用于等離子弧切割炬的多部件電極)相關的設備、系統(tǒng)及方法。 技術(shù)背景
[0002] 在許多切割、噴涂和焊接操作中,等離子電弧炬得到利用。通過運些炬,等離子氣 體射流被W高溫發(fā)射進入環(huán)境空氣中。射流從噴嘴中發(fā)射出來,并且當其離開噴嘴時,射流 高度欠膨脹且非常集中。然而,由于與電離的等離子射流相關聯(lián)的高溫,炬的許多部件易 遭受故障。運種故障可W顯著地干擾炬的操作,并且在切割操作的開始妨礙恰當?shù)碾娀↑c 火。除了給嵌入件外,一些炬還利用具有嵌入件的電極,W試圖解決運些問題。美國專利 No. 5097111公開了一個運種例子,其全部公開內(nèi)容通過引用被并入本文。運項專利解釋了 電極之內(nèi)的附加嵌入件的使用。然而,運一解決方案依然沒有減輕前面探討的故障問題。
[0003] 通過將常規(guī)的、傳統(tǒng)的W及已提出的手段與如在本申請的其余部分中參照附圖所 闡述的本發(fā)明的實施方案相比,對本領域技術(shù)人員來說運樣的手段的進一步的局限性和缺 點將會變得明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 該發(fā)明的示例性實施方案是一種電極組件W及包含該電極組件的等離子炬,其中 該電極組件包含發(fā)射嵌入件W及圍繞該嵌入件的殼。所述殼由高導熱材料和高功函數(shù)材料 制成,W幫助冷卻該嵌入件并且防止從該嵌入體到該電極本體的弧跳。所述殼也包含至少 一個在其外表面上的槽,W確保所述殼在所述電極本體之內(nèi)。 陽00引 附圖簡要說巧
[0006] 通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施方案,本發(fā)明的上述和/或其他方面 將會更加明顯,在所述附圖中:
[0007] 圖1是本發(fā)明的示例性多部件電極的圖示表征;
[0008] 圖2是圖1的電極的一部分的圖不表征;
[0009] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的示例性電極嵌入件的圖示表征;
[0010] 圖4是利用圖1的電極的示例性等離子電弧切割炬的圖示表征;W及
[0011] 圖5是本發(fā)明的進一步的實施方案的圖示表征。 詳細描沐
[0013] 現(xiàn)在詳細參照不同的可選擇的示例性實施方案和附圖,其中相似的數(shù)字代表基本 上相同的結(jié)構(gòu)要素。每一個實施例都W解釋說明的方式被提供,而不是作為限制。事實上, 對本領域的技術(shù)人員而言,在不背離該說明書和權(quán)利要求的范圍和精神的情況下做出修改 和變化是明晰的。例如,圖示的或描述的作為一個實施方案的一部分的特征,可能被用在另 一個實施方案上W產(chǎn)生更進一步的實施方案。因此,本說明書意在包括在所附的權(quán)利要求 書及其等同內(nèi)容的范圍內(nèi)的修改和變化。
[0014] 本說明書總地設及對空氣和液體兩者冷卻的等離子電弧炬的有用的各種切割、焊 接和噴涂操作。運些炬的構(gòu)造和操作是一般地已知的,并且因此其詳細構(gòu)造和操作運里不 再討論。進一步地,本發(fā)明的實施方案可W被用于手持的或機械化的等離子切割操作。應 當注意的是,為了簡潔清晰的目的,下面的討論將針對本發(fā)明的運樣的示例性實施方案,所 述實施方案是被液體冷卻的并且可W被用于機械化和手持的切割操作兩者。然而,本發(fā)明 的實施方案不限于運方面,并且本發(fā)明的實施方案可W在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情 況下用于其他類型的焊接和噴涂炬。進一步地,如果需要,炬的多種類型和尺寸可能處于變 化的功率水平。運里描述的炬和部件可W被用于標記、切割或金屬去除。此外,本發(fā)明的示 例性實施方案可W與變化的電流和變化的功率水平一起使用。可W與本發(fā)明的實施方案一 起使用的類型的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造和利用是已知的,并且不需要在此詳細討論。
[0015] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1,描述了本發(fā)明的示例性電極100。等離子切割電極的使用和構(gòu)造是 一般地已知的,并且運些細節(jié)不需要在此討論。如圖所示,電極100具有電極本體101,其典 型地由銅或其他高導熱材料(諸如銀、金、儀等)構(gòu)成。該電極100包括冷卻腔107,在其 中冷卻介質(zhì)可W被引導來幫助冷卻電極100。在電極100的遠側(cè)端,在腔107之內(nèi),突伸部 109延伸進入腔107,其中突伸部109從腔107的遠側(cè)端表面111延伸出來。如下面要進一 步討論的,突伸部109容納嵌入件103的一部分并且增加電極100的腔107之內(nèi)的表面冷 卻面積。
[0016]如上面提到的,電極100包括高熱離子發(fā)射嵌入件103。在切割期間,等離子射流 從運個嵌入件中發(fā)射出。通常運個嵌入件103由給制成,但其他諸如錯和鶴(和其他類似 材料)等材料也可W使用。典型地,電極100的可使用壽命取決于嵌入件103的可使用壽 命,嵌入件103在操作期間易于腐蝕。進一步地,如果嵌入件103和電極本體101的冷卻不 是最佳,對嵌入件103的腐蝕可能被加速。另外,產(chǎn)生的等離子射流可能具有從嵌入件103 跳出并且與電極本體101的遠側(cè)端接觸的趨勢。運可能引起對電極本體101的損壞并且加 速其故障。
[0017]因此,本發(fā)明的實施方案利用嵌入電極本體101的遠側(cè)端的殼型嵌入件105,其中 嵌入件103被嵌入殼105的腔中。在本發(fā)明的示例性實施方案中,殼105由諸如銀等高熱 傳遞/高功函數(shù)材料制成。通過具有高熱傳遞率,殼105幫助優(yōu)化嵌入件103的冷卻,并且 通過具有功函數(shù),殼105幫助防止等離子射流在嵌入件103的末端與銅電極本體101之間 形成電弧。因此,本發(fā)明的實施方案已經(jīng)相對已知電極體提高了工作壽命。
[001引圖2描繪了上面描述的電極100的遠側(cè)端的更近視圖。如圖所示,殼105被固定在 形成于電極100的遠側(cè)端的腔108中,W致殼105的遠側(cè)端表面和本體101是一般地共面 的。殼105具有延伸進入電極本體101的突伸部109的突伸部104,并且具有主體部106, 該主體部106具有比突伸部104大的直徑d。突伸部和主體部兩者具有一般地為圓柱狀的 外形。該主體部106如圖中所示向外延伸,W致其直徑d接近腔107的內(nèi)直徑d'。
[0019]應當注意的是,本發(fā)明的實施方案可W與電流和功率水平廣泛變化的切割炬和切 割系統(tǒng)一起使用。也就是說,本發(fā)明的實施方案可W被用于從低于100安培到高于400安 培的切割系統(tǒng)。然而,由于在不同電流水平操作時對于消耗品的不同要求,本文討論的部件 中的一些的尺寸關系可W被優(yōu)化W用于不同的電流水平。因此,對于一些此處討論的物理 關系,示例性的關系將在下面被一般地討論。然而,如后面所示,更具體的用于不同電流水 平的尺寸關系在表中被示出。
[0020] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向一些示例性尺寸關系,在示例性實施方案中,直徑d在腔107的直徑d' 的90%至110%范圍內(nèi)。在其他實施方案中,直徑d在腔107的直徑d'的90%至100%范 圍內(nèi)。另外,如圖所示,主體部106的直徑d是運樣,W致電極100的表面區(qū)域的遠側(cè)面主 要是殼105。例如,在本發(fā)明的示例性實施方案中,主體部106的直徑d在電極100的遠側(cè) 面112的直徑D的80%至98%范圍內(nèi),其中遠側(cè)面112是電極100的圓形平坦面。在其他 示例性實施方案中,直徑d在面112的直徑D的85 %至90 %范圍內(nèi)。通過具有在電極遠側(cè) 端面的更大直徑的殼105,實施方案幫助防止電弧在嵌入件103與電極本體101之間跳躍。 已知的電極不具有有如此大的相對直徑的殼。
[0021] 另外,如圖所示,殼主體部106具有比已知電極配置厚得多的厚度t。也就是說,該 主體部具有在厚度T的75%至95%范圍內(nèi)的厚度t--其從電極100的遠側(cè)面112測量到 腔表面111。在其他示例性實施方案中,厚度t在79%至90%范圍內(nèi)。通過使用如此的大 厚度,殼的總體積被優(yōu)化,運優(yōu)化了殼的熱傳導和電弧的穩(wěn)定性。因此,獲得了相對已知電 極的工作壽命改進。